Самый тяжелый режим для всех типов высоковольтных выключателей и элегазовых в т.ч. – коммутации токов короткого замыкания. И хотя эти режимы достаточно редки в ходе эксплуатации выключателя, он должен эффективно с ними справляться. Рост мощностей и классов напряжений энергосистем привел к увеличению значений токов коротких замыканий и скорости восстановления напряжения в них. Как следствие, разработчики и производители высоковольтных выключателей стремились снизить время отключения токов короткого замыкания для повышения устойчивости работы сетей. И если первым моделям баковых масляных выключателям требовалось 10-20 периодов тока промышленной частоты для отключения короткого замыкания, то в настоящее время существуют модели высоковольтных выключателей, которым требуется в десять раз меньше времени чтобы справиться с отключением короткого замыкания.
Один из существенных факторов такого прогресса – использование элегаза, вместо трансформаторного масла, в качестве среды для гашения электрической дуги. Шестифтористая сера SF6 (элегаз), обладает не только гораздо большей электрической прочностью, которая быстро восстанавливается при переходе тока через ноль, но и лучшими дугогасящими свойствами. Кроме того элегаз не токсичен, не воспламеняется, не имеет цвета, запаха, химически инертен вплоть до температур 150°С, и не оказывает вредного воздействия на металлы, пластики и другие конструкционные материалы, как правило, применяемые в выключателях высокого напряжения. Поэтому применение элегазовых выключателей, во многих случаях, является наиболее удачным и оправданным техническим решением.
Рассмотрим устройство и принципы работы современных высоковольтных элегазовых выключателей эксплуатируемых в районных и магистральных сетях (35-750 кВ) на примере отечественных элегазовых выключателей ВГБ-35, ВГТ-110, ВГТ-220, ВГК-220 и ВГК-500.
Выпускаемые в России выключатели элегазовые баковые наружной установки серии ВГБ-35 предназначены для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах работы, а также для работы в стандартных циклах при автоматическом повторном включении (АПВ) в сетях трехфазного переменного тока частотой 50 и 60 Гц с номинальным напряжением 35 кВ в широком диапазоне климатических условий: от -60 до +55°С. Выключатели соответствуют требованиям ГОСТ 687 «Выключатели переменного тока 3…750 кВ. Общие технические условия» публикации МЭК 62271-100 и другим нормативным документам. Они имеют российский «Сертификат соответствия» и соответствующее «Санитарно-эпидемиологическое заключение».
Конструктивно элегазовый выключатель серии ВГБ-35 состоит из:
— шести высоковольтных комбинированных вводов (со встроенными трансформаторами тока).
— электромагнитного привода, исполнение которого возможно в трех вариантах: ПЭМ-1 – электромагниты запитаны от источников постоянного оперативного тока; ПЭМ-2 – электромагнит включения подключается к источнику переменного тока (имеет встроенный в привод выпрямитель), а электромагнит отключения и контактор подключены к источнику постоянного тока; ПЭМ-3 — привод с питанием электромагнитов и контактора от источника переменного тока (в том числе зависимого) через встроенные в привод выпрямители, причем в этом конструктивном исполнении привода достигнуто сочетание качеств, присущих как электромагнитным приводам (простота и надежность), так и пружинным приводам (автономность).
— газоплотный алюминиевый сварной бак.
— размещенные внутри бака выключателя дугогасительные устройства трех фаз.
Факторы, обеспечивающие надежность работы выключателя ВГБ-35:
— простая и надежная конструкция дугогасительного устройства,
— все одно динамическое уплотнение (на центральном поворотном валу), — применена система из четырех манжет и «жидкостного затвора».
— расположенное под днищем бака устройство подогрева выключателя, делающее возможным эксплуатации выключателя в условиях температуры окружающего воздуха до -60°С.
— европейский сигнализатор плотности элегаза, с устройством температурной компенсации. Сигнализатор имеет две уставки: предупредительный сигнал о необходимости пополнения элегаза и блокировка выключателя.
Основные достоинства выключателя ВГБ-35
Полная заводская готовность, позволяющая обеспечить простой и достаточно быстрый монтаж выключателя вместе с предварительно заполненным до рабочего давления элегазом; применение в выключателе простых и надежных (вследствие минимально возможного количества подвижных элементов) дугогасительных устройств, работающих на основе использования принципа вращения электрической дуги в магнитном поле, создаваемом протекающим через него током. Применение этого способа гашения дуги гарантирует отсутствие перенапряжений даже при отключении малых индуктивных токов, кроме того, проведение операции отключения без повторных пробоев емкостных токов до 630 А.
Большие механические и коммутационные ресурсы, обеспечивающие при нормальных условиях эксплуатации работу выключателя без ремонта в течение всего срока его службы.
Гарантированный пониженный уровень естественных утечек элегаза, что достигается за счет применения в выключателе единственного динамического уплотнения с «жидкостным затвором» и высокотехнологичного алюминиевого сварного бака.
Высокая эксплуатационная надежность выключателя, характеризуемая тем, что даже в случае снижения избыточного давления элегаза до нуля выключатель в состоянии выдерживать длительное воздействие напряжения 52 кВ и отключать токи нагрузки до 630 А.
Полная взрыво- и пожаробезопасность. Технические характеристики выключателя можно посмотреть в каталоге: ВГБ-35.
Элегазовые выключатели серии ВГТ предназначены для коммутации электрических цепей при нормальных и аварийных режимах, а также для работы в циклах АПВ в сетях трехфазного переменного тока частоты 50 Гц с номинальным напряжением 110 и 220 кВ. Они могут эксплуатироваться как в открытых (ОРУ), так и в закрытых (ЗРУ) распределительных устройствах в районах с умеренным и холодным климатом (от -55 до +40°С) при условии, что окружающая среда невзрывоопасная и не содержит агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию. Элегазовые выключатели серии ВТГ соответствуют требованиям ГОСТ 687-78 «Выключатели переменного тока на напряжение свыше 1000 В. Общие технические условия», имеют «Сертификат соответствия» России.
Устройство и принцип действия выключателей ВГТ
Элегазовые выключатели серии ВГТ представляют собой электрические коммутационные аппараты высокого напряжения, в которых гасящей и изолирующей средой является: элегаз (климатическое исполнение У1) , либо смесь газов — элегаз + тетрафторметан (CF4), для климатического исполнения ХЛ1 — смесь газов (элегаз + тетрафторметан).
Выключатель ВГТ-110 состоит из трех установленных на общей раме полюсов, каждый из которых состоит из опорного изолятора, дугогасительного устройства с токовыми выводами, механизма управления с изоляционной тягой. Полюса (колонны) заполнены элегазом (газовой смесью), механически связаны друг с другом и управляются одним пружинным приводом типа ППрК.
В элегазовом выключателе ВГТ-220 каждый полюс имеет отдельную раму и управляется собственным приводом, причем полюс этого выключателя состоит из двух колонн, дугогасительные устройства которых установлены на сдвоенных опорных изоляторах и соединены последовательно двумя шинами. Для равномерного распределения напряжения по дугогасительным устройствам параллельно к ним подключены шунтирующие конденсаторы.
Составляющие выключателей серии ВГТ
Дугогасительные устройства, установленные в полюсах (колоннах) выключателя. Эти устройства содержат размыкаемые главные и снабженные дугостойкими наконечниками дугогасительные контакты, поршневое устройство для создания давления в его внутренней полости, а также фторопластовые сопла, в которых потоки газа приобретают направление, необходимое для эффективного гашения дуги. Надпоршневая (полость высокого давления) и подпоршневая полости снабжены системой клапанов, позволяющих обеспечить эффективное дутье в зоне горения дуги во всех коммутационных режимах. В верхней части дугогасительного устройства расположен контейнер, наполненный активированным адсорбентом, поглощающим из газовой полости влагу и продукты разложения газа. Во включенном положении главные и дугогасительные контакты замкнуты. При отключении сначала размыкаются (практически без дугового эффекта) главные контакты при замкнутых дугогасительных контактах, а затем размыкаются дугогасительные контакты. Скользящий контакт между гильзой поршневого устройства и трубой подвижного контакта осуществляется уложенными в ее углубления контактными элементами, имеющими форму замкнутых проволочных спиралей.
Пружинный привод типа ППрК с моторным заводом рабочих (цилиндрических винтовых) пружин, представляющий собой отдельный агрегат, помещенный в герметизированный трехдверный шкаф. Привод имеет два электромагнита отключения и два блокировочных устройства, предназначенных для предотвращения:
• прохождения команды на включающий электромагнит:
а) при включенном выключателе;
б) при невзведенных пружинах;
в) при положении взводящего пружины кулака, препятствующем включению выключателя;
• прохождения команды на отключающие электромагниты при отключенном выключателе; «холостую» (при включенном выключателе) динамическую разрядку рабочих пружин; включение электродвигателя завода пружин при ручном их заводе. Привод прост в обслуживании и надежен в эксплуатации, чему в немалой степени способствуют установленные на нем цепи сигнализации: «Неисправность в системе завода пружин», «Не взведены пружины», «Опасное снижение температуры в шкафу» и др.
Отключающее устройство, установленное на противоположном от привода торце рамы. Оно состоит из отключающей пружины, сжимаемой при включении выключателя тягой, соединенной с наружным рычагом крайней колонны. Пружина расположена в цилиндрическом корпусе, на наружном фланце которого находится буферное устройство, предназначенное для гашения кинетической энергии подвижных частей и служащее упором (ограничителем хода) при динамическом включении выключателя.
Механизм управления полюса (колонны), расположенный в корпусе и опорном изоляторе. Он состоит из установленного в подшипниках и уплотненного системой манжета с «жидкостным затвором», шлицевого вала с наружным и внутренним рычагами. Внутренний рычаг через нерегулируемую изоляционную тягу соединен со штоком подвижного контакта. В корпус механизма встроен клапан автономной герметизации, через который с помощью медной трубки подсоединяется сигнализатор давления, установленный на раме выключателя.
Клапан автономной герметизации , встроенный в корпус механизма управления полюса (колонны). Он состоит из корпуса и подпружиненного клапана, узла подсоединения медной трубки сигнализатора и заглушки, устанавливаемой на время транспортирования и после заполнения газом при вводе выключателя в работу.
Электроконтактный сигнализатор давления , установленный на раме выключателя. Сигнализатор давления снабжен устройством температурной компенсации, приводящим показания давления к температуре плюс 20°С, и служит для визуального контроля плотности элегаза (падения давления). Он имеет три пары контактов, разомкнутых при нормальном (рабочем) давлении газа. Первая пара контактов замыкается при снижении давления элегаза до 0,34 МПа изб., а газовой смеси — до 0,52 МПа изб., подавая сигнал о необходимости пополнения полюса. Вторая и третья пары контактов замыкаются при давлении элегаза 0,32 МПа изб., газовой смеси -0,5 МПа изб., блокируя подачу команды на электромагниты управления.
Достоинства элегазовых выключателей серии ВГТ
• использования в соединениях двойных уплотнений, а также применения «жидкостного затвора» в узле уплотнения подвижного вала. Естественный уровень утечек — не более 0,5% в течение года — подтверждается испытаниями каждого выключателя на заводе-изготовителе по методике, применяемой в космической технике;
• современные технологические и конструкторские решения и применение надежных комплектующих, в том числе высокопрочных изоляторов зарубежных фирм:
• высокая заводская готовность, позволяющая осуществлять простой и быстрый монтаж выключателей и ввод их в работу.
• высокая коррозионная стойкость покрытий, применяемых для стальных конструкций выключателя.
• высокий коммутационный ресурс, заданный для каждого полюса, в 2-3 раза превосходящий коммутационный ресурс лучших зарубежных аналогов (в расчете на каждый полюс), в сочетании с высоким механическим ресурсом, повышенными сроками службы уплотнений и комплектующих обеспечивают при нормальных условиях эксплуатации не менее чем 25-летний срок службы выключателя до первого ремонта.
• возможность отключения токов нагрузки при потере избыточного давления газа в выключателе.
• отключение емкостных токов без повторных пробоев, низкие перенапряжения.
• низкий уровень шума при срабатывании выключателя, соответствующий высоким природоохранным требованиям.
Назначение выключателей.
Выключатели элегазовые колонковые серии ВГК предназначены для коммутации электрических цепей и шунтирующих реакторов при рабочих и аварийных режимах в сетях трехфазного переменного тока частотой 50 Гц с заземленной нейтралью на номинальные напряжения 220 и 500 кВ. Выключатели этой серии могут эксплуатироваться при рабочих значениях температуры окружающего воздуха от -45 до +40°С в условиях невзрывоопасной окружающей среды. Выключатели соответствуют требованиям ГОСТ 687 и имеют «Сертификат соответствия» России.
Конструктивные особенности выключателей серии ВГК.
В выключателях серии ВГК в качестве дугогасительной и изолирующей среды для ВГК-220 используются элегаз (SF6), а для ВГК-500 — смесь газов (SF6+CF4). Выключатель ВГК-220 укомплектован пружинно-гидравлическим приводом ППГВ-4 А2Т-УХЛ1, а выключатель ВГК-500 — гидравлическим приводом ПГВ-12АТ-УХЛ1.
Выключатели серии ВГК представляют собой комплект из трех механически не связанных друг с другом полюсов колонкового типа и распределительного шкафа.
Каждый полюс ВГК-220 состоит из колонки, включающей в себя одноразрывное дугогасительное устройство, опорный изолятор и цоколя с приводом. Колонка установлена на цоколе с пружинно-гидравлическим приводом, обеспечивающим работу полюсов выключателя ВГК-220 в простых операциях «О и В» и в сложных циклах (в том числе, О-0,3-ВО-20-ВО).
Каждый полюс ВГК-500 включает в себя двухразрывное дугогасительное устройство с конденсаторами для равномерного распределения напряжения, опорную колонку фарфоровых изоляторов, установленную на цоколе с автономным гидроприводом, обеспечивающим работу полюсов выключателя ВГК-500 в простых операциях «О и В» и в сложных циклах (в том числе, О-0,3-ВО-60-ВО).
Привода имеют автоматическую систему управления гидронасосным агрегатом для подкачки масла в систему высокого давления, что позволяет постоянно поддерживать уровень запасенной энергии. Привода имеют счетчики числа срабатываний выключателя и указатель положений выключателя «В» и «О».
Связь между приводами и контактами дугогасительных устройств осуществляется посредством изоляционных тяг, проходящих внутри опорных изоляторов. Каждый полюс снабжен индикатором плотности газа для сигнализации о снижении давления.
В распределительном шкафу размещены элементы электрической части схем управления гидронасосными агрегатами приводов. Гидропривод и распределительный шкаф снабжены основным и антиконденсатным подогревами и системой автоматического управления основным подогревом.